C++ 函数的进化之路：从指针到 lambda 的探究

函数在 c++ 中的演变旨在简化和增强代码可读性。指针函数的历史最悠久，但存在语法复杂性和错误风险。函数对象引入了 operator() 方法，增强了易用性。标准函数提供了通用表示形式。lambda 表达式语法简洁，适用于一次性函数。实战案例展示了 lambda 表达式在计算斐波那契数列中的优势，提供最简洁、最易读的实现。

C++ 函数的进化之路：从指针到 Lambda 的探究

引言

函数是 C++ 中不可或缺的一部分，随着语言的发展，函数的定义和调用方式也发生了显著的变化。从最初的指针函数到现代的 lambda 表达式，函数的演变反映了 C++ 对代码简化和可读性的不断追求。

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1. 指针函数

在早期版本的 C++ 中，函数通常以指向函数的指针的形式声明和传递。这种方式允许程序员以灵活的方式调用函数，例如：

int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

int main() {
  int (*fp)(int, int) = &add;
  int result = fp(1, 2);
}

然而，指针函数的语法比较复杂，而且容易出现错误。

2. 函数对象

为了简化指针函数的使用，C++ 引入了函数对象（functor），即实现 operator() 方法的类或结构体。这允许函数像类方法一样直接被调用：

struct Adder {
  int operator()(int a, int b) {
    return a + b;
  }
};

int main() {
  Adder adder;
  int result = adder(1, 2);
}

函数对象比指针函数更易于使用，但仍然存在额外的类型开销和语法复杂性。

3. 标准函数

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C++11 引入了标准函数（std::function），它以一种类似于函数对象的通用方式表示函数。使用标准函数可以简化函数的传递和调用：

std::function add = [](int a, int b) {
  return a + b;
};

int main() {
  int result = add(1, 2);
}

4. Lambda 表达式

Lambda 表达式是 C++11 中引入的另一种函数形式，允许使用简洁的语法定义和传递匿名函数：

auto add = [](int a, int b) {
  return a + b;
};

int main() {
  int result = add(1, 2);
}

Lambda 表达式提供了高度的灵活性，并且非常适合需要创建一次性函数的情况。

实战案例

考虑一个需要计算并打印斐波那契数列的程序。使用不同的函数实现方法如下：

指针函数：

int fib(int n) {
  if (n < 2) {
    return 1;
  } else {
    int x = fib(n - 1);
    int y = fib(n - 2);
    return x + y;
  }
}

int main() {
  int result = fib(5);
  std::cout << result << std::endl;
}

函数对象：

struct Fib {
  int operator()(int n) {
    if (n < 2) {
      return 1;
    } else {
      int x = operator()(n - 1);
      int y = operator()(n - 2);
      return x + y;
    }
  }
};

int main() {
  Fib fib;
  int result = fib(5);
  std::cout << result << std::endl;
}

标准函数：

std::function fib = [](int n) {
  if (n < 2) {
    return 1;
  } else {
    int x = fib(n - 1);
    int y = fib(n - 2);
    return x + y;
  }
};

int main() {
  int result = fib(5);
  std::cout << result << std::endl;
}

Lambda 表达式：

int main() {
  auto fib = [](int n) {
    if (n < 2) {
      return 1;
    } else {
      int x = fib(n - 1);
      int y = fib(n - 2);
      return x + y;
    }
  };
  int result = fib(5);
  std::cout << result << std::endl;
}

通过比较这些实现，我们可以看到 lambda 表达式提供了最简洁、最易读的解决方案。